CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀及其應(yīng)用

1、.CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀及其應(yīng)用2009年第7期鐵道建筑RailwayEngineering93文章編號(hào):1003.1995(2009)07.0093.03CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀及其應(yīng)用杜嘉俊,劉紅峰(中鐵十七局集團(tuán)有限公司,太原030006)摘要:通過分析CFG樁施工質(zhì)量控制存在的問題,詳細(xì)介紹了CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀的原理,性能,使用方法以及在京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗(yàn)段的應(yīng)用效果.關(guān)鍵詞:CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀中圖分類號(hào):TU473.16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1CFG樁簡(jiǎn)介CFG(cementflying.ashgrave1)樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱.樁體材料是由水泥,粉

2、煤灰,碎石,石屑或砂,水和外加劑通過攪拌形成的混合料.成樁方法目前有長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法,振動(dòng)沉管灌注成樁法和長螺旋鉆孔灌注成樁法三種,前者應(yīng)用最多.近年來,CFG樁在鐵路工程地基處理中被大量采用.根據(jù)"客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)"(鐵建設(shè)2005160號(hào)),CFG樁驗(yàn)收主控項(xiàng)目包括"水泥和粗細(xì)骨料的品種,規(guī)格與質(zhì)量,混合料的坍落度,強(qiáng)度,樁體數(shù)量與布樁形式,每根樁的投料量,樁頂浮漿清理與樁體有效長度,樁身質(zhì)量與完整性以及承載力"共八項(xiàng).其中,每根樁的投料量要求不少于設(shè)計(jì)灌注量,檢驗(yàn)方法為"料斗現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量或混凝土泵自動(dòng)

3、記錄".在鐵路工程大面積地基處理中,當(dāng)CFG樁采用長螺旋鉆孑L管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法施工時(shí),一般情況下1臺(tái)樁機(jī)配備1臺(tái)拖式混凝土泵,1臺(tái)發(fā)電機(jī)(無外部電源時(shí))和若干輛混凝土罐車,晝夜連續(xù)施工.1根樁的灌注量多取一輛罐車或幾輛罐車混合料的平均數(shù),很難準(zhǔn)確測(cè)定1根樁的實(shí)際灌注量,也無法確定樁體不同深度的灌注量.另外,CFG樁驗(yàn)收一般項(xiàng)目包括"樁位,樁體垂直度和樁體有效直徑"三項(xiàng).其中,樁體有效直徑要求"不小于設(shè)計(jì)值",檢驗(yàn)方法為"開挖50100cm深后,鋼尺丈量".開挖檢查費(fèi)時(shí)費(fèi)工,只能檢查樁頂附近的直徑,無法檢查樁長范圍內(nèi)直

4、收稿日期:2009.03.18;修回日期:20090404基金項(xiàng)目:鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2008G032.1)作者簡(jiǎn)介:杜嘉俊(1965一),男,江蘇江都人,高級(jí)工程師,碩士.徑是否全部滿足設(shè)計(jì)要求.2007年中鐵十七局集團(tuán)公司在京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗(yàn)段施工中,研制了CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀,通過應(yīng)用較好地解決了CFG樁施工中樁體有效直徑與灌注量驗(yàn)收遇到的難題,提高了CFG樁施工質(zhì)量控制水平和施工技術(shù)水平.2儀器簡(jiǎn)介CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀由深度傳感器裝置,電機(jī)電流傳感器,泵送傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀組成,鉆進(jìn)時(shí)記錄深度,速度,電機(jī)的電流,提鉆時(shí)記錄泵送的次數(shù),提鉆的速度,深度等實(shí)

5、時(shí)數(shù)據(jù)情況.當(dāng)泵送的混合料數(shù)量小于提鉆高度所需混合料數(shù)量時(shí),紅燈閃耀,蜂鳴報(bào)警,提示操作人員放慢提鉆速度,加快泵送速度,防止出現(xiàn)斷樁事故.可直接量測(cè)記錄鉆進(jìn)深度d,鉆進(jìn)電流,泵送次數(shù)n,實(shí)時(shí)時(shí)間t和環(huán)境溫度,輸出間接參數(shù)鉆進(jìn)速度,提鉆速度和混合料流量Q.儀器由12V電池供電,也可外接電源.內(nèi)部電池可支持正常工作2h.儀器使用環(huán)境溫度一1040.2.1深度傳感器深度傳感器采用編碼式傳感器,安裝在與鉆桿相連的鋼絲繩上,通過滑輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力頭的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)輪再帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器,從而量測(cè)出動(dòng)力頭的位移和移動(dòng)速度,經(jīng)過換算即得到鉆桿鉆進(jìn)深度和速度.深度傳感器的精度設(shè)計(jì)為1cm,測(cè)量最大深

6、度為35m.2.2電機(jī)電流傳感器樁機(jī)在鉆進(jìn)過程中,電機(jī)電流的差異可反應(yīng)出地層地質(zhì)的變化.電流傳感器采用霍爾電流傳感器,直接安裝在電線外.鐵道建筑2.3混凝土泵流量傳感器混凝土泵為往返式活塞泵.單位時(shí)間內(nèi)混合料的流量Q與泵的活塞截面積,活塞行程以及活塞在缸內(nèi)往返次數(shù)(即泵送次數(shù)n)有關(guān).考慮到活塞往返運(yùn)動(dòng)依靠液壓油缸作為動(dòng)力,混合料輸送量Q通過液壓油缸控制電磁閥信號(hào)記錄泵送次數(shù)后計(jì)算得到,精度為o.OOlm3.2.4集線盒集線盒是將現(xiàn)場(chǎng)深度傳感器,電機(jī)電流傳感器,混凝土泵流量傳感器信號(hào)進(jìn)行匯總的裝置.信號(hào)匯總后接入數(shù)據(jù)記錄儀.2.5數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)記錄儀由編碼器檢測(cè)電路,電流檢測(cè)電路,計(jì)數(shù)電路,溫

7、度測(cè)量電路和接線端子組成(見圖1),通過轉(zhuǎn)接盒與傳感器連接,完成數(shù)據(jù)采集,顯示,打印和存儲(chǔ)等工作.圖1CFG樁施工參數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀編碼器監(jiān)測(cè)電路接收編碼器信號(hào),將編碼器輸出信息(脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)向)讀入并轉(zhuǎn)換,發(fā)給CPU.電流檢測(cè)電路將電流傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值發(fā)給CPU,CPU算出實(shí)時(shí)的電流值,并顯示.計(jì)數(shù)電路通過繼電器將電磁閥的高壓電信號(hào)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)為CPU計(jì)數(shù)器可識(shí)別的脈沖信號(hào).溫度測(cè)量電路是通過溫度敏感元件輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值傳給CPU,CPU經(jīng)過計(jì)算得到實(shí)時(shí)的環(huán)境溫度.CPU通過深度的差值存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù),待記錄完畢后,人工選擇數(shù)據(jù)處理方式,可選擇串

8、口傳輸,USB傳輸,直接打印數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù).3儀器使用方法如圖2所示,自動(dòng)記錄儀開機(jī)后系統(tǒng)自檢,完畢后進(jìn)入主菜單,在菜單的右上角顯示時(shí)間,分別顯示數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)查詢,數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置選項(xiàng).通過面板上的"十'"鍵選項(xiàng),被選項(xiàng)呈反顯狀態(tài),按面板上的"確認(rèn)"鍵可進(jìn)入下一級(jí)菜單.使用前,需先進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置,查看參數(shù)是否設(shè)置正確,時(shí)鐘是否準(zhǔn)確,確認(rèn)無誤后再進(jìn)入數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),否則會(huì)影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.根據(jù)每車混凝土的數(shù)量和泵送完一車所需要的泵送次數(shù),得出每泵送一次的混凝土數(shù)量為0.038m3.圖2主萊單每臺(tái)泵機(jī)記錄之前及在使用中要經(jīng)常進(jìn)行校定.深度參數(shù)的校定,

9、鉆機(jī)準(zhǔn)確下鉆10m時(shí),查看記錄儀上的顯示下鉆深度,進(jìn)行對(duì)比,調(diào)整顯示系數(shù),以校定深度參數(shù).電流的顯示系數(shù),與深度校定相似,鉆機(jī)屏顯電流與記錄儀屏顯電流對(duì)比,調(diào)整顯示系數(shù).3.1數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)進(jìn)入"數(shù)據(jù)監(jiān)控"菜單后,輸入樁號(hào),開始監(jiān)測(cè),如圖3所示.CFG樁施工過程中,自動(dòng)記錄儀監(jiān)測(cè)的參數(shù)有左側(cè)顯示的當(dāng)前深度(鉆進(jìn),提鉆),速度(鉆進(jìn),提鉆),泵送次數(shù)和右側(cè)的,(當(dāng)前電流),(當(dāng)前環(huán)境溫度),L.(當(dāng)前流量),L.(標(biāo)準(zhǔn)流量),(差額流量).圖3數(shù)據(jù)監(jiān)控項(xiàng)目圖4數(shù)據(jù)查詢菜單3.2數(shù)據(jù)查詢?nèi)鐖D4所示,進(jìn)入"數(shù)據(jù)查詢",如有記錄,則會(huì)顯示出已監(jiān)測(cè)過的CFG樁號(hào),通過&

10、quot;十"""鍵可選擇樁號(hào),顯示各樁的記錄數(shù)據(jù).如圖5所示,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為分頁顯示,每頁兩條資料,通過"十'0"進(jìn)行翻頁顯示,按下"返回"鍵返回樁號(hào)選擇菜單.每條數(shù)據(jù)包括深度,監(jiān)測(cè)日期時(shí)間(第一行),電流,溫度,速度,泵送次數(shù)及流量(第二行).3.3數(shù)據(jù)傳輸如圖6所示,進(jìn)入"數(shù)據(jù)傳輸"菜單后,顯示為"串口輸出""u盤導(dǎo)出""數(shù)據(jù)打印"三個(gè)選項(xiàng),通過"十"""可切換要使用的功能,按下"確認(rèn)&

11、quot;選定.圖5數(shù)據(jù)查詢項(xiàng)目圖6數(shù)據(jù)傳輸菜單選擇"串口輸出"前,先用串口傳輸線,將自動(dòng)記錄儀的傳輸口和計(jì)算機(jī)的COM口連接好.在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸軟件,鼠標(biāo)點(diǎn)擊"數(shù)據(jù)上傳"按鈕,則傳輸軟件開始等待數(shù)據(jù)傳輸.在記錄儀上通過"十"""選擇傳輸范圍,既可選擇全部傳輸,也可選擇傳輸單個(gè)樁的數(shù)據(jù),按下"確認(rèn)"開始傳輸,此時(shí)顯示"傳輸中"2009年第7期CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀及其應(yīng)用95傳輸結(jié)束,自動(dòng)返回傳輸范圍選擇接口.選擇"u盤導(dǎo)出"前,先將u盤插入U(xiǎn)S

12、B插口(U盤必須在儀器開機(jī)后插入插口,否則儀器將無法識(shí)別u盤),通過"十"""選擇傳輸范圍,既可選擇全部傳輸,也可選擇傳輸單個(gè)樁的數(shù)據(jù),按下"確認(rèn)"后傳輸數(shù)據(jù).u盤導(dǎo)出文件默認(rèn)為"txt"記事本格式,如需要"excel"格式可在計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸軟件,通過其中的"數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換"功能將"txt"格式轉(zhuǎn)換為"excel"格式.選擇"數(shù)據(jù)打印"后,在自動(dòng)記錄儀上通過"十"""選擇打印范圍

13、,即可選擇全部或單個(gè)樁的數(shù)據(jù),進(jìn)行打印.3.4參數(shù)設(shè)置如圖7所示,進(jìn)入"參數(shù)設(shè)置"菜單后,顯示為"測(cè)量參數(shù)","時(shí)間校正","清除前次數(shù)據(jù)"和"清除全部數(shù)據(jù)"四個(gè)選項(xiàng).如圖8所示,進(jìn)入"測(cè)量參數(shù)"選項(xiàng)后,顯示為單位流量,泵送量,存儲(chǔ)間隔,電流參數(shù),深度參數(shù)五項(xiàng),可通過"十"""鍵選擇參數(shù),通過"一""一"要改變的數(shù)字,通過"+'一"改變?cè)撐粩?shù)值的大小.進(jìn)入"時(shí)

14、間校正"顯示為"年""月""日""時(shí)""分""秒",通過"十""""一""一"鍵選擇要修改的時(shí)間單位,通過"+""一"改變?cè)摃r(shí)間單位的大小.選擇"清除前次資料"將以"樁"為單位刪除最新一次完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄.選擇"清除全部數(shù)據(jù)"將清空內(nèi)存內(nèi)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄.圖7參數(shù)設(shè)置菜單圖8測(cè)量參數(shù)設(shè)置

15、菜單4工程應(yīng)用實(shí)例京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗(yàn)段位于河北省青縣境內(nèi),起止里程DKI90+124DK190+354,長230m.該段地形平坦,地勢(shì)開闊,地表向下依次下伏:黏土,黃褐色,硬塑,厚01.3m,d=120kPa;粉質(zhì)黏土,黃褐色灰褐色,軟塑硬塑,厚1.42.4m,口.=130kPa;粉土,黃褐色黑灰色,密實(shí),潮濕,9.09.7m為淺灰色,厚1.73.7m;粉砂,灰黑色,稍密,飽和,含云母,夾10%一15%的黏土,15m以下為中密,厚4.7m;口.=90110kPa;細(xì)砂,黃褐色淺黃色,密實(shí),飽和,含云母,局部夾粉土薄層,其中32.335.0m為褐黃色,35m以下為黃褐色,含貝殼碎片

16、,厚9.513.9m,粉質(zhì)黏土,黃褐色,軟塑,含鐵銹斑紋,厚4.6nl,=140kPa.該段路基為松軟土路堤.為滿足無砟軌道工后沉降規(guī)定,地基采用CFG樁加固,樁徑為O.4m,0.5m,樁長22.8m,23.35m,30.35m,樁間距1.6m,1.7m,1.8m,共計(jì)2950根,采用履帶式ZL90型長螺旋樁機(jī)施工.CFG樁施工參數(shù)自動(dòng)記錄儀研制成功后,現(xiàn)場(chǎng)選擇樁徑0.4m,樁長23.35m以及樁徑0.5m,樁長23.35m與30.35m三種類型201根CFG樁,對(duì)鉆進(jìn)深度與速度,鉆進(jìn)時(shí)樁機(jī)電流,提鉆速度,泵送次數(shù)和混合料泵送量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄,自動(dòng)生成*.tet文本格式文件,經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸軟件處理后生成excel格式數(shù)據(jù)表格.通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn):自動(dòng)記錄儀顯示的鉆進(jìn)深度與標(biāo)記在樁機(jī)塔架上的樁長標(biāo)識(shí)相吻合,能夠準(zhǔn)確記錄鉆進(jìn)深度;鉆進(jìn)速度為2.13.0m/min,鉆頭在黏土,粉質(zhì)黏土和粉土中的鉆進(jìn)速度較快,在細(xì)砂層中的鉆進(jìn)速度較慢;樁機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的電流與地層軟硬程度和入土深度有關(guān),幅度100271A,在黏土,粉質(zhì)黏土和粉土中的電流較小,在細(xì)砂層中的電流較大;CFG樁存在明顯的超灌量,在混凝土泵正常工作,泵管沒有堵塞,混合料連續(xù)供應(yīng)等條件下,單根樁的混合料灌人量(見圖9)不小于設(shè)計(jì)值,相應(yīng)樁體有效直徑也滿足設(shè)計(jì)要求